Destilação
Informações de fundo
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A destilação é um método de separador substâncias químicas com base em diferenças na sua volatilidades em uma mistura de líquido em ebulição. Destilação geralmente faz parte de um processo químico mais amplo, e é, portanto, referido como um a operação da unidade.
Comercialmente, a destilação tem um número de utilizações. Ele é usado para separar o petróleo bruto em mais fracções para usos específicos, tais como transporte , geração de energia e aquecimento. A água é destilada para remover as impurezas, tais como o sal da água do mar. Air é destilado para separar seus componentes - nomeadamente de oxigênio , nitrogênio e argônio - para uso industrial. Destilação de fermentados soluções tem sido usado desde os tempos antigos para produzir bebidas destiladas com um teor de álcool superior.
História
As primeiras formas de destilação eram conhecidos por babilônicos alquimistas na Mesopotâmia (onde hoje é o Iraque ) a partir de, pelo menos, a Segundo milênio aC. A destilação foi mais tarde conhecida por gregos alquimistas do século 1 dC, eo desenvolvimento posterior do aparelho de destilação em larga escala ocorreu em resposta a demandas por espíritos. Hypathia de Alexandria é creditado por ter inventado um aparelho de destilação cedo, ea primeira descrição exata do aparelho para destilação é dada por Zósimo de Alexandria , no século IV.
No século 8, alquimistas no Oriente Médio produziram processos de destilação para purificar substâncias químicas para industriais fins, tais como isolamento naturais (ésteres perfumes) e produzindo puro álcool . O primeiro deles foi o persa Jabir ibn Hayyan (Geber) por volta de 800 dC, que é creditado com a invenção do aparelho de química e numerosos processos que ainda estão em uso hoje. Em particular, a sua alambique foi o primeiro ainda com retortas que pode purificar totalmente produtos químicos, um precursor para o pot ainda, e seu design tem servido como inspiração para aparelho de destilação moderna micro-escala, tais como o stillhead Hickman. Petroleum foi destilada pela primeira vez por um outro persa , al-Razi (Rhazes) no 9o século, para a produção de querosene, enquanto destilação a vapor foi inventado por Avicena no início do século 11, para a produção de óleos essenciais . Como alquimia evoluiu para a ciência da química , os navios chamados retortas tornou-se usado para destilações. Ambos os alambiques e réplicas são formas de copos com pescoços longos apontando para o lado em um ângulo descendente que atuavam como refrigerado a ar- condensadores para condensar o destilado e deixá-lo escorrer para baixo para a coleção.
Mais tarde, alambiques de cobre foram inventados. Articulações uniões foram mantidos frequentemente apertado usando várias misturas, por exemplo, uma massa feita de farinha de centeio. Estes alambiques caracterizado frequentemente um sistema de refrigeração em torno do bico, utilizando água fria por exemplo, o que fez a condensação de álcool mais eficiente. Estes foram chamados alambiques.
Hoje, as retortas e alambiques foram largamente suplantadas por métodos de destilação mais eficientes na maioria dos processos industriais. No entanto, o vaso ainda está ainda amplamente utilizado para a elaboração de alguns finos, tais como álcoois conhaque, Scotch whisky e alguns vodkas. Alambiques feitos de vários materiais (de madeira, de argila, de aço inoxidável), também são utilizados por contrabandistas em vários países. Pequenos alambiques também são vendidos para a produção nacional de água de flor ou óleos essenciais .
Aplicações de destilação
A aplicação de destilação pode ser dividida em quatro grupos: escala de laboratório , de destilação industrial , de destilação de ervas para perfumaria e medicinais ( destilado de ervas) e processamento de alimentos . Os últimos dois são diferentes do primeiro de dois, em que na destilação não é utilizado como um método de purificação verdadeiro, mas mais para transferir todos voláteis a partir dos materiais de base para o destilado.
A principal diferença entre a destilação em escala de laboratório e destilação industrial é que a destilação em escala de laboratório muitas vezes é realizado por lotes, enquanto que destilação industrial, muitas vezes ocorre de forma contínua. Em destilação descontínua, a composição do material de origem, os vapores dos compostos de destilação e o destilado mudança durante a destilação. Na destilação descontínua, ainda é cobrado um (fornecido) com um lote de mistura de alimentação, que é então separado nas suas fracções dos componentes que são recolhidas sequencialmente a partir de mais voláteis a menos voláteis, com as partes inferiores (restante fracção menos ou não volátil) removidos no final. O ainda pode, então, ser recarregada e o processo repetido.
Em destilação contínua, os materiais de base, vapores e destilados são mantidos a uma composição constante por cuidadosamente reabastecer o material de origem e a remoção de fracções de vapor e líquido tanto no sistema. Isso resulta em um melhor controlo do processo de separação.
Modelo destilação idealizada
O ponto de ebulição de um líquido é a temperatura à qual o a pressão de vapor do líquido é igual à pressão do líquido circundante. O ponto de ebulição normal de líquido é um caso especial no qual a pressão de vapor do líquido iguala o ambiente pressão atmosférica. Um líquido num recipiente a uma pressão inferior à pressão atmosférica entra em ebulição a temperaturas inferiores ao ponto de ebulição normal, e um líquido num recipiente, a uma pressão superior à pressão atmosférica entra em ebulição a uma temperatura superior ao ponto de ebulição normal. Por outras palavras, todos os líquidos ter um número infinito de pontos de ebulição.
É uma concepção errada comum que, em uma mistura líquida a uma dada pressão, cada componente entra em ebulição a do ponto de ebulição correspondente à pressão determinada e os vapores de cada componente irá recolher separadamente e puramente. Isto, no entanto, não ocorre mesmo em um sistema idealizada. Modelos idealizados de destilação são essencialmente regida por A lei de Raoult e A lei de Dalton.
A lei de Raoult assume que um componente contribui ao total a pressão de vapor da mistura na proporção da sua percentagem na mistura e na sua pressão de vapor quando puro. Se um componente altera a pressão de vapor de um outro componente, ou se a volatilidade de um componente é dependente da sua percentagem na mistura, a lei irá falhar.
A lei de Dalton afirma que a pressão total de vapor é a soma das pressões de vapor de cada um dos componentes na mistura. Quando um líquido multi-componente é aquecido, a pressão de vapor de cada componente irá subir, fazendo com que a pressão total de vapor de subir. Quando a pressão total do vapor atinge a pressão em torno do líquido, ebulição ocorre e vira-se para gás líquido ao longo da maior parte do líquido. Note-se que uma dada mistura tem um ponto de ebulição a uma dada pressão, quando os componentes são mutuamente solúveis.
O modelo idealizado é preciso, no caso de líquidos quimicamente semelhantes, tais como benzeno e tolueno . Em outros casos, são observados grandes desvios da lei de Raoult e da lei de Dalton, mais notoriamente na mistura de etanol e água. Estes compostos, quando aquecidos em conjunto, formam um azeótropo, em que a temperatura de ebulição da mistura é inferior à temperatura de ebulição de cada um líquido separado. Praticamente todos os líquidos, quando misturados e aquecidos, irá exibir comportamento azeotrópica. Embora existam métodos computacionais que podem ser usados para estimar o comportamento de uma mistura de componentes arbitrários, a única maneira de obter precisas dados de equilíbrio vapor-líquido é através da medição.
Não é possível purificar completamente uma mistura de componentes por destilação, como isso exigiria cada componente da mistura ter um zero pressão parcial. Se os produtos ultra-puros são a meta, então mais separação química deve ser aplicada.
Destilação em batelada
Aquecimento de uma mistura ideal de duas substâncias voláteis A e B (com A com o aumento da volatilidade, ou mais baixo ponto de ebulição) numa configuração de destilação descontínua (por exemplo, num aparelho representado na figura abertura) até que a mistura está em ebulição resulta em um vapor acima do líquido que contém uma mistura de A e B. A relação entre A e B, em que o vapor vai ser diferente da proporção de líquido: a proporção em que o líquido vai ser determinada pela forma como a mistura inicial foi preparado, enquanto o rácio em que o vapor será enriquecida no composto mais volátil, A (devido a Lei de Raoult, ver acima). O vapor passa através do condensador e é removido do sistema. Isto por sua vez significa que a proporção de compostos em que o líquido remanescente é agora diferente da proporção inicial (isto é, mais enriquecido em B do que o líquido de partida).
O resultado é que a relação na mistura líquida está a mudar, tornando-se mais rico no componente B. Isto faz com que o ponto de ebulição da mistura a subir, o que por sua vez resulta em um aumento na temperatura no vapor, o que resulta num rácio de mudança de A: B na fase de gás (tal como destilação continua, há uma proporção crescente de B na fase gasosa). Isto resulta numa razão de alteração lenta A: B no destilado.
Se a diferença de pressão de vapor entre os dois componentes A e B é grande (geralmente expressa como a diferença de pontos de ebulição), a mistura no início da destilação é altamente enriquecida no componente A, e quando o componente A tem removido por destilação, o líquido em ebulição é enriquecido no componente B.
Destilação contínua
Destilação contínua é uma destilação contínua em que uma mistura líquida é continuamente (sem interrupção) alimentado no processo e as fracções separadas são removidas continuamente à medida que fluxos de saída ao longo do tempo durante a operação. Destilação contínua produz, pelo menos, duas fracções de saída, incluindo, pelo menos, uma fracção de destilado volátil, que tem sido fervido e capturado separadamente como um vapor condensado a um líquido. Existe sempre uma fracção de fundo (ou resíduo), que é o resíduo menos volátil que não tenha sido capturado separadamente como um vapor condensado.
Melhorias gerais
Ambos os lotes e contínuo destilações pode ser melhorada por meio da utilização de um coluna de fraccionamento no topo do balão de destilação. A coluna melhora a separação, fornecendo uma maior área de superfície para o vapor condensado e a entrar em contacto. Isso o ajuda a permanecer em equilíbrio para o maior tempo possível. A coluna pode mesmo consistir em pequenos tabuleiros de subsistemas ('»ou« pratos »), que contêm todos um enriquecido, fervendo mistura líquida, todos com o seu próprio equilíbrio líquido-vapor.
Existem diferenças entre a escala laboratorial e colunas de fraccionamento escala industrial, mas os princípios são os mesmos. Exemplos de colunas de fraccionamento escala laboratorial (em aumentar a eficácia) incluem:
- Condensador de ar
- Coluna Vigreux (geralmente escala de laboratório apenas)
- Embalado coluna (embalado com esferas de vidro, pedaços de metal ou outro material quimicamente inerte)
- Spinning sistema de destilação banda
Laboratório escala destilação
Destilações escala de laboratório são quase exclusivamente executado como destilações lote. O dispositivo utilizado na destilação, por vezes referido como um ainda, consiste em um mínimo de um re-ebulidor ou panela em que o material de origem é aquecido, um condensador no qual o aquecimento do vapor é arrefecido de volta para o líquido de estado , e um receptor no qual o líquido concentrado ou purificado, denominado o produto da destilação, é coletado. Várias técnicas de escala de laboratório para destilação existe (ver também tipos de destilação).
Destilação simples
Na destilação simples, todos os vapores quentes produzidos são imediatamente canalizados para um condensador que arrefece e se condensa os vapores. Portanto, o destilado não será puro - sua composição irá ser idêntica à composição dos vapores à temperatura e pressão dadas, e pode ser calculado a partir de A lei de Raoult.
Como resultado, a destilação simples é geralmente utilizado apenas para líquidos separados cujos pontos de ebulição são muito diferentes (regra de polegar é de 25 ° C), ou para separar líquidos de sólidos ou óleos não voláteis. Para estes casos, as pressões de vapor dos componentes são geralmente suficientemente diferentes que a lei de Raoult pode ser negligenciada devido à contribuição insignificante do componente menos volátil. Neste caso, o destilado pode ser suficientemente puro para a sua finalidade pretendida.
A destilação fracionada
Para muitos casos, os pontos de ebulição dos componentes da mistura é suficientemente perto que a lei de Raoult, devem ser tomadas em consideração. Portanto, destilação fraccionada deve ser usado de modo a separar os componentes bem por vaporização-condensação ciclos repetidos dentro de uma coluna de fraccionamento embalado.
À medida que a solução a ser purificada é aquecida, seus vapores sobem para o coluna de fraccionamento. À medida que sobe, esfria, condensação nas paredes do condensador e as superfícies do material de embalagem. Aqui, o condensado continua a ser aquecido pelo aumento dos vapores quentes; vaporiza mais uma vez. No entanto, a composição dos vapores frescos são determinados, uma vez mais pela lei de Raoult. Cada ciclo de vaporização-condensação (denominado prato teórico) vai produzir uma solução mais puro do componente mais volátil. Na realidade, cada ciclo a uma dada temperatura não ocorre exactamente a mesma posição na coluna de fraccionamento; prato teórico é, assim, um conceito em vez de uma descrição precisa.
Mais placas teóricas levar a melhores separações. A girando sistema de banda destilação utiliza uma banda de fiação Teflon ou metal para forçar os vapores ascendentes em estreito contacto com o condensado descendente, aumentando o número de pratos teóricos.
Destilação a vapor
Como destilação a vácuo, destilação a vapor é um método para a destilação compostos que são sensíveis ao calor. Este processo envolve o uso de vapor borbulhar através de uma mistura aquecida de matéria-prima. Pela lei de Raoult, alguns dos compostos-alvo vai vaporizar (de acordo com a sua pressão parcial). A mistura de vapor é arrefecido e condensado, obtendo-se normalmente uma camada de óleo e uma camada de água.
Destilação a vapor de vários ervas aromáticas e flores pode resultar em dois produtos; um óleo essencial assim como um aguado destilado de ervas. Os óleos essenciais são muitas vezes utilizados em perfumaria e aromaterapia enquanto os destilados aquosos têm muitas aplicações em aromaterapia, processamento de alimentos e cuidados com a pele.
1: Agitador bar / grânulos anti-batendo 2: Ainda pote 3: coluna de fraccionamento 4: Termômetro de temperatura / ponto de ebulição 5: Teflon tap 1 6: Cold dedo 7: A água de refrigeração para fora 8: A água de refrigeração em 9: Teflon tap 2 10: entrada de vácuo / gás 11: Teflon tap 3 12: Ainda receptor
Destilação de vácuo
Alguns compostos têm pontos de ebulição muito elevado. Para ferver tais compostos, é geralmente melhor para reduzir a pressão à qual esses compostos são fervidos em vez de aumentar a temperatura. Uma vez que a pressão é reduzida para a pressão de vapor do composto (a uma dada temperatura), ebulição e o resto do processo de destilação pode ter início. Esta técnica é referida como destilação a vácuo e é vulgarmente encontrado em laboratório sob a forma de a evaporador rotativo.
Esta técnica também é muito útil para os compostos que destilam para além do seu temperatura de decomposição, à pressão atmosférica e que, por conseguinte, ser decomposto por qualquer tentativa para ferver-los sob pressão atmosférica.
Destilação a vácuo Ar-sensível
Alguns compostos têm pontos de ebulição elevados, bem como sendo sensível ar. Um sistema de destilação a vácuo simples, tal como exemplificado anteriormente pode ser utilizado, mediante o qual o vácuo é substituído com um gás inerte, após a destilação esteja completa. No entanto, este é um sistema menos satisfatório quando se deseja recolher fracções sob pressão reduzida. Para fazer isto um adaptador "porco" pode ser adicionado ao fim do condensador, ou para melhores resultados ou para compostos sensíveis muito ar um Aparelho Perkin triângulo pode ser usado.
O triângulo Perkin, tem meios através de uma série de vidro ou Teflon para torneiras permite fracções de ser isolado do resto do ainda, sem o corpo principal da destilação ser removido a partir de qualquer fonte de vácuo ou de calor, e, portanto, pode permanecer num estado de refluxo. Para fazer isso, a amostra é primeiro isolado a partir do vácuo por meio de torneiras, o vácuo através da amostra é então substituída com um gás inerte (tal como azoto ou árgon ) e pode então ser tapado e removido. Um recipiente de recolha fresco pode então ser adicionado ao sistema, evacuado e ligado de volta para o sistema de destilação através das torneiras de recolher uma fracção de segundo, e assim por diante, até que todas as fracções foram recolhidas.
Destilação de caminho curto
Destilação de caminho curto é uma técnica que envolve a destilação destilado viajando a uma distância curta, muitas vezes apenas uma poucas centímetro. Um exemplo clássico seria uma destilação envolvendo o destilado viajando de uma ampola de vidro a uma outra, sem a necessidade de um condensador que separa as duas câmaras. Esta técnica é frequentemente usada para os compostos que são instáveis a altas temperaturas. A vantagem é que a temperatura de aquecimento pode ser consideravelmente inferior (neste pressão reduzida) do que o ponto de o líquido de ebulição à pressão normal, e que o destilado só tem de percorrer uma distância curta antes de condensação.
Outros tipos
- Em evaporação rotativa um aparelho de destilação de vácuo é utilizada para remover a granel solventes a partir de uma amostra. Tipicamente, o vácuo é gerado por uma de água ou um aspirador bomba de membrana.
- Em um um aparelho de destilação Kugelrohr caminho curto é normalmente utilizadas (> 300 ° C) compostos (geralmente em combinação com um alto vácuo ()) para destilar elevado ponto de ebulição. O aparelho é constituído por um forno, em que o composto a ser destilada é colocada, uma parte receptora, que é do lado de fora do forno, e um meio de rotação da amostra. O vácuo é normalmente gerado usando uma bomba de alto vácuo.
- O processo de destilação reactiva envolve a utilização do vaso de reacção como o ainda. Neste processo, o produto é geralmente significativamente inferior do que os seus reagentes de ebulição. À medida que o produto é formado a partir dos reagentes, que é vaporizada e removido a partir da mistura de reacção. Esta técnica é um exemplo de uma contínua versus um processo em lotes; vantagens incluem menor tempo de paragem para carregar o recipiente de reacção com o material de partida, e menos adsorvido.
- Destilação destrutiva envolve o forte aquecimento de sólidos (muitas vezes o material orgânico) na ausência de oxigénio (para evitar a combustão) para evaporar vários líquidos elevado ponto de ebulição, bem como produtos de termólise. Os gases libertados são arrefecidos e condensados, como no destilação normal. A destilação destrutiva de madeira para dar metanol é a raiz de seu nome comum - álcool de madeira.
- A pervaporação é um método para a separação de misturas de líquidos por vaporização parcial através de um não-poroso membrana.
- Destilação a seco, apesar do seu nome, não é verdadeiramente destilação, mas sim uma reacção química conhecida como pirólise em que as substâncias sólidas são aquecidas em uma fortemente atmosfera redutora e quaisquer fracções voláteis são recolhidos.
- Destilação extractiva é definida como a destilação na presença de um solvente miscível, ponto de ebulição elevado, o componente relativamente não-volátil, o solvente, que não forma qualquer azeotropo com os outros componentes da mistura.
- A evaporação instantânea (ou evaporação parcial) é a vaporização parcial que ocorre quando um fluxo líquido saturado passa por uma redução na pressão pela passagem através de um estrangulamento válvula ou outro dispositivo de estrangulamento. Este processo é uma das operações unitárias simples.
- Congelar destilação é um método análogo de purificação usando congelação em vez de evaporação. Ele não é verdadeiramente destilação, e não produz produtos equivalentes para destilação. Este processo é usado na produção de cerveja e gelo vinho de gelo para aumentar a etanol e açúcar conteúdo, respectivamente.
- Co-destilação é que a destilação é realizada em misturas em que os dois compostos não são miscíveis.
A destilação azeotrópica
As interacções entre os componentes da solução de criar propriedades únicas para a solução, como a maioria dos processos implicam misturas não ideais, onde A lei de Raoult não se sustenta. Tais interacções podem resultar em um ponto de ebulição constante azeótropo que se comporta como se fosse um composto puro (ou seja, entra em ebulição a uma única temperatura, em vez de um gama). Em um azeótropo, a solução contém o componente administrado na mesma proporção em que o vapor, de modo que a evaporação não altera a pureza, e a destilação não efectuar a separação. Por exemplo, álcool etílico e água formam uma mistura azeotrópica de 95% a 78,2 ° C.
Se o azeótropo não é considerado suficientemente puro para utilização, existem algumas técnicas para quebrar o azeotropo para dar um destilado puro. Este conjunto de técnicas são conhecidas como destilação azeotrópica. Algumas técnicas de conseguir isto, a "saltar" sobre a composição azeotrópica (por adição de um componente adicional para criar uma nova mistura azeotrópica, ou através da variação da pressão). Outros trabalham por química ou fisicamente remover ou seqüestrar a impureza. Por exemplo, para purificar etanol para além de 95%, um agente de secagem ou um dessecante tal como carbonato de potássio pode ser adicionada para converter a água solúvel em insolúvel de água de cristalização. Peneiras moleculares são muitas vezes utilizados para este fim, bem.
Líquidos imiscíveis, tais como água e tolueno, facilmente formar azeótropos. Comumente, estes azeótropos são referidos como um azeótropo de baixa ebulição, porque o ponto de ebulição do azeótropo é inferior ao ponto de ebulição ou componente puro. A temperatura e a composição do azeótropo é facilmente previsto a partir da pressão de vapor dos componentes puros, sem utilização da lei de Raoult. O azeótropo pode ser facilmente quebrado em uma destilação set-up por meio de um separador liquido-liquido (um decantador) para separar as duas fases líquidas que são condensadas em cima. Apenas uma das duas fases líquidas é refluxada para a destilação de set-up.
Azeótropos elevado ponto de ebulição, tais como uma mistura de 20 por cento em peso de ácido clorídrico em água, também existem. Como implicado pelo nome, o ponto de ebulição do azeótropo é maior do que o ponto de ebulição ou componente puro.
Para quebrar destilações azeotrópicas e limites de destilação transversais, como no DeRosier problema, é necessário aumentar a composição da chave de luz no destilado.
Quebrando um azeótropo com a manipulação de pressão unidirecional
A destilação a vácuo pode ser utilizado para "quebrar" uma mistura azeotrópica. A variação da temperatura do vapor, quando a geração de balão destilando um azeótropo de frio até ao ponto de ebulição soluções não produz uma proporção de produto de correr continuamente para contaminar no destilado. Os dois pontos de ebulição separados ainda permanecem, eles simplesmente se sobrepõem; estes podem ser considerados como energias de activação necessária para a libertação de um vapor particular. Ao expor um azeótropo de um vácuo, é possível influenciar o ponto de ebulição de uma distância a partir do outro, explorando a diferença entre cada uma pressão de vapor de componentes. Quando a polarização é suficientemente grande, os dois pontos de ebulição não se sobreponham e assim a banda azeotrópica desaparece.
Este método não é sem inconvenientes. Como um exemplo, a exposição de uma solução de água e etanol para um vácuo de 70 torr permitirá etanol absoluto a destilar. No entanto, devido ao ambiente de baixa pressão, o vapor de etanol requer um condensador de superfície significativamente mais frio para liquefazer, passando de 78,3 ° C à pressão atmosférica a 24,5 ° C a 70 torr; falha para proporcionar esses resultados em que os vapores que passam através do condensador e para a fonte de vácuo. Isto também pode afectar a eficácia do condensador, como a temperatura de liquefacção desce para o mínimo o equipamento de condensação pode arrefecer para, o gradiente térmico entre as superfícies de liquefacção e reduz, por isso, com ela, a taxa à qual o calor pode ser extraída a partir do vapor .
Inversamente, aumentando a pressão de destilação também pode quebrar um azeótropo, mas irá trazer consigo a possibilidade de decomposição térmica, para os compostos orgânicos, em particular, e pode ser mais benéfica para as destilações de alta temperatura tolerantes, tais como os dos sais metálicos.
Pressão-swing Destilação
Este método de destilação pode ser usada para separar misturas azeotrópicas e baseia-se num princípio semelhante a destilação a vácuo, sendo que a manipulação de pontos de ebulição, alterando a pressão da atmosfera em que uma solução é exposta.
Ele pode ser escolhido através de destilação sob vácuo puro de um azeótropo se que a solução, por exemplo, um tal ponto de liquefacção de baixo à pressão requerida para quebrar o azeotropo que o equipamento foi incapaz de prever que, permitindo que o produto flua para fora do condensador e para a fonte de vácuo. Aqui, em vez de manipular apenas um ponto de ebulição, uma ou mais são alterados, um a seguir ao outro; com o número de alternâncias de pressão sendo determinado pelo número de componentes na solução de alimentação considerados contaminantes. Isto poderia ser benéfico para uma purificação, uma vez que é susceptível de criar menos exigências térmicas extremas. Basta, em vez de pressão oscilante destilação numa direcção sozinho em uma tentativa de romper o azeotropo em uma única etapa, o intervalo é realizada em dois ou mais passos com pressão oscilou em duas direcções, para criar uma faixa de temperaturas operacional centrado em torno de mais acessíveis; talvez indo de uma pressão negativa a atmosférica e a uma pressão positiva. Em essência, a oscilação da pressão de destilação é uma tentativa para reduzir as condições extremas por dispersão da carga através da manipulação do ambiente equipamento gerador de destilação.
Se uma alimentação contínua for desejado, ou as pressões de destilação são necessários extremo suficiente para justificar desenho especializado, cada passo pode necessitar de uma coluna fisicamente separada. Se apenas uma execução em lote é necessária ea mesma coluna ser executada em todas as pressões necessárias, esse única coluna pode ser suficiente; com o balão de geração de vapor a ser esvaziado após a primeira destilação, a primeira execução destilado de volta para o início ea reprise destilação sob as condições de pressão segundo, e assim por diante.
Selecção de qual o componente que o destilado deve ser inclinado para pode ser feita com base na energia necessária para evaporar a partir da solução de alimentação.
Pressão-swing destilação é empregado durante a purificação de acetato de etilo após a sua síntese catalítica a partir de etanol.
Destilação industrial
Aplicações de destilação industrial em grande escala incluem tanto lote fracionário e contínua, vácuo, azeotrópico, extrativista, e destilação a vapor. As aplicações industriais mais amplamente utilizados de contínua, em estado estacionário a destilação fraccionada são em refinarias de petróleo , petroquímica e fábricas de produtos químicos e plantas de processamento de gás natural.
Destilação industrial é tipicamente realizada em colunas cilíndricas, verticais grandes conhecidos como colunas de destilação ou colunas de destilação com diâmetros que variam de cerca de 65 centímetros a 16 metros e alturas que variam de cerca de 6 metros a 90 metros ou mais. Quando o processo de alimentação tem uma composição diversa, como na destilação de petróleo em bruto , saídas de líquido em intervalos até a coluna permitir a retirada das diferentes fracções ou produtos com diferentes pontos de ebulição ou intervalos de ebulição. Os "leves" (aqueles produtos com ponto de ebulição mais baixo) de saída a partir do topo das colunas e os "produtos" mais pesados (os componentes de ponto de ebulição mais elevado) de saída a partir do fundo da coluna e são frequentemente chamados de fundos.
Torres industriais de grande escala usar refluxo para conseguir uma separação mais completa dos produtos. Refere-se a refluxo a porção do produto líquido condensado em cima de uma torre de destilação ou fraccionamento que é devolvido para a parte superior da torre, como mostrado no diagrama esquemático de um, em grande escala torre de destilação típica industrial. Dentro da torre, o líquido de refluxo downflowing proporciona um arrefecimento e condensação dos vapores upflowing, aumentando assim a eficácia da torre de destilação. Quanto mais o refluxo é fornecido para um dado número de pratos teóricos, o melhor é a separação da torre de materiais de ponto de ebulição mais baixos a partir de materiais de ponto de ebulição mais elevados. Alternativamente, a mais de refluxo é fornecido para um dado separação desejado, os pratos teóricos são necessários menos.
Estas torres de fraccionamento industrial também são utilizados na separação do ar, produzindo líquido oxigénio , azoto líquido, e elevado grau de pureza de árgon . Destilação de clorossilanos também permite a produção de alta pureza de silício para utilização como um semicondutor .
Projeto e operação de uma torre de destilação depende da alimentação e produtos desejados. Dado um componente de alimentação simples, binário, métodos analíticos, tais como o Método McCabe-Thiele ou o Fenske equação pode ser usada. Para uma alimentação multi-componente, modelos de simulação são utilizados tanto para projeto e operação. Além disso, as eficiências dos dispositivos de contacto vapor-líquido (referidos como "placas" ou "tabuleiros") utilizados em colunas de destilação são tipicamente menor do que a de um teórico de 100% eficiente fase de equilíbrio. Assim, uma torre de destilação necessita de mais bandejas do que o número de etapas teóricas de equilíbrio líquido-vapor.
Em aplicações industriais, por vezes, um material de embalagem é utilizada em vez da coluna de tabuleiros, especialmente quando baixo quedas de pressão através da coluna são necessários, como quando se opera sob vácuo.
Este material de embalagem pode ser aleatória despejado embalagem (1-3 "de largura), tais como Anéis de Raschig ou folha metálica estruturada. Os líquidos tendem a molhar a superfície da embalagem e os vapores passam através desta superfície molhada, onde transferência de massa ocorre. Ao contrário da destilação bandeja convencional em que cada bandeja representa um ponto separado do equilíbrio líquido-vapor, a curva de equilíbrio vapor-líquido em uma coluna com enchimento é contínua. No entanto, quando a modelagem colunas de enchimento, que é útil para calcular um número de "etapas teóricas" para denotar a eficiência de separação da coluna de enchimento no que diz respeito a mais bandejas tradicionais. Diferentemente embalagens em forma têm diferentes áreas de superfície e espaço vazio entre embalagens. Ambos esses fatores afetam o desempenho da embalagem.
Um outro factor para além da área da forma de embalagem e a superfície que afecta o desempenho de enchimento aleatório ou estruturado, é a distribuição de líquido e de vapor que entra no leito empacotado. O número de andares teóricos necessários para fazer uma dada separação é calculado usando uma proporção de vapor para líquido específico. Se o líquido e o vapor não está uniformemente distribuída em toda a área superficial da torre, uma vez que entra no leito de enchimento, o líquido para vapor relação não seja correcto no leito de enchimento e da necessária separação não será atingido. A embalagem irá aparecer a não estar a funcionar correctamente. O altura equivalente a um prato teórico (HETP) será maior do que o esperado. O problema não é a própria embalagem, mas a má distribuição dos fluidos que entram no leito empacotado. Má distribuição de líquido é mais frequentemente o problema de vapor. A concepção dos distribuidores de líquidos utilizados para introduzir a alimentação e o refluxo para um leito compactado é fundamental para tornar a embalagem executar a ele a máxima eficiência. Métodos de avaliação da eficácia de um distribuidor de líquido para distribuir uniformemente o líquido que entra um leito empacotado pode ser encontrada em referências. O trabalho considerável como foi feito sobre este tema por Fracionamento Research, Inc. (vulgarmente conhecido como FRI).
Destilação no processamento de alimentos
Bebidas destiladas
Carbohydrate materiais vegetais -containing estão autorizados a fermentar, produzindo uma solução diluída de etanol no processo. Spirits, tais como uísque e rum são preparados por destilação estas soluções diluídas de etanol. Outros componentes que o etanol são recolhidos no condensado, incluindo a água, ésteres, e outros álcoois que representam o sabor da bebida.
